[發明專利]基于雙光柵的三維角度測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201811480218.6
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109470177B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 崔繼文;任文然;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙光柵的三維角度測量方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

①、激光光源發出的光束經過準直透鏡后形成準直光束并出射；

②、①中所述的準直光束經過一維平面透射光柵的透射面和1/4波片后垂直入射到一維平面反射光柵后衍射產生零級衍射光束、正一級衍射光束和負一級衍射光束；

③、②中所述的零級衍射光束再次經過1/4波片和一維平面透射光柵的透射面后出射；正一級衍射光束和負一級衍射光束再次經過1/4波片和一維平面透射光柵，得到一組與①中所述的準直光束相平行的正一級衍射光束和負一級衍射光束；

④、②中所述的零級衍射光束經過偏振分光鏡和反射鏡反射后得到與①中所述的準直光束相平行的出射光束，所述出射光束經過聚焦透鏡聚焦后由光電探測器A接收用于探測偏擺角和俯仰角的變化值；

⑤、③中獲得與準直光束相平行的正一級衍射光束和負一級衍射光束經過偏振分光鏡和反射鏡反射后得到兩束與①中所述的準直光束相平行的出射光束，所述兩束光束分別由光電探測器B和光電探測器C直接接收用于探測旋轉角的變化值；

⑥、當組合靶標發生三維角度變化時，④中和⑤中所述的光電探測器A、光電探測器B和光電探測器C探測到的光斑位置產生相應的變化，探測到的光斑位置變化信息通過信號處理后送入計算機，計算獲得組合靶標的三維角度變化值，所述的靶標偏擺角α、俯仰角β以及旋轉角γ變化值分別按如下公式獲取：

式中：Δd_0x和Δd_0y為相鄰兩個采樣周期的測量光束在光電探測器A形成光斑的水平方向和豎直方向位置差；Δd_1y為相鄰兩個采樣周期的測量光束在光電探測器B形成光斑的豎直方向位置差；Δd-_1y為相鄰兩個采樣周期的測量光束在光電探測器C形成光斑的豎直方向位置差；f為聚焦透鏡焦距；θ為一維平面反射光柵的一級衍射角；L為一維平面透射光柵、一維平面反射光柵之間的距離。

2.一種基于雙光柵的三維角度測量裝置，其特征在于：激光器(1)出射的光束經過單模光纖(2)耦合后出射，由準直透鏡(3)準直后得到準直光束a，準直光束a先后經過偏振分光鏡(4)、一維平面透射光柵(8)的非光柵面和1/4波片(7)后，垂直入射到一維平面反射光柵(6)發生衍射，產生零級衍射光束e、正一級衍射光束b和負一級衍射光束c；正一級衍射光束b和負一級衍射光束c再次經過1/4波片(7)后入射到一維平面透射光柵(8)的光柵面產生與準直光束a相平行的光束f和光束d；零級衍射光束e經過1/4波片(7)和一維平面透射光柵(8)的非光柵面后繼續傳播；光束f和光束d先后經過偏振分光鏡(4)和平面反射鏡(9)反射后分別入射到光電探測器C(10)和光電探測器B(11)；零級衍射光束e經過偏振分光鏡(4)和平面反射鏡(9)反射后由聚焦透鏡(12)后入射到位于聚焦透鏡(12)焦平面處的光電探測器A(13)；所述光電探測器C(10)、光電探測器B(11)以及光電探測器A(13)與計算機(14)相連；靶標固定件(5)與一維平面反射光柵(6)、1/4波片(7)和一維平面透射光柵(8)之間剛性連接；

靶標固定件(5)、一維平面反射光柵(6)、1/4波片(7)和一維平面透射光柵(8)組成組合靶標(102)作為移動部件，用于產生待測量角度信號；

所述激光器(1)、單模光纖(2)、準直透鏡(3)、偏振分光鏡(4)、平面反射鏡(9)、光電探測器B(11)、光 電探測器C(10 )、聚焦透鏡(12)、光電探測器A(13)和計算機(14)組成光源和信號探測系統(101)。

3.根據權利要求2所述的一種基于雙光柵的三維角度測量裝置，其特征在于，一維平面透射光柵(8)和一維平面反射光柵(6)具有相同的光柵周期。